Над 112, 5 милиона дарения кръв се събират всяка година по целия свят, но повечето от тези вноски са неизползваеми за някои от най-нуждаещите се пациенти.
Свързано съдържание
- Робот май един ден тегли кръв
- Банката на кръвта за първи път отвори днес 80 години
Преливане на кръв трябва да съответства на кръвната група на донора с тази на реципиента; в противен случай имунната система на реципиента може да атакува чуждата кръв, причинявайки тежко заболяване. Днес учените от 256-та Национална среща и изложение на Американското химическо общество докладват, че обещават нови стъпки към хакване на тази система, използвайки бактериални ензими, получени от микробиома на червата, за да превърнат рестриктивните кръвни групи в по-универсална кръв.
Има четири основни типа кръв: AB, A, B и O кръв, отличаваща се от захарите, които червените кръвни клетки носят на повърхността си, наречени антигени.
AB е егоистичният защитник на групата, носещ едновременно А антиген и В антиген. При цялата си болест кръв АБ може да се прелива само в други хора с АБ кръвна група, но хората, които имат АБ кръв, са универсални получатели. А и В кръвни групи носят само един от двата антигена, и съответно хората с тези кръвни групи могат да получават само кръв, която не спортува с другата захар.
О кръвта, от друга страна, е голият мъченик, на който му липсват захарите, които украсяват братята му. Сравнително безплодното му състояние го прави приятелско присъствие в почти всички имунни среди и кръвта от тип O - универсалният донор на групата - е постоянно търсена.
За да посрещнат непропорционалната нужда от универсална кръв, банките и центровете за даряване постоянно търсят тези желани донори. Но въпреки че около 40 процента от населението е тип О, запасите винаги изглеждат недостатъчни, отчасти защото съхранената кръв има сравнително кратък срок на годност. През последните години учените започнаха да експериментират с генерирането на тип О в лабораторията - или чрез синтезиране на червени кръвни клетки от нулата, или отрязване на обидните захари от кръвта на AB, A и B.
Миналата година група изследователи, ръководени от Ян Фрейне, направиха огромни крачки с предишната стратегия, заразявайки линия от предшественици на еритроцитите с ракови гени, за да ги провокират да се попълнят ad infinitum . Тази техника обаче далеч не влиза в клиниката - синтетичните клетки все още не са напълно проучени за безопасност, а цената за пълненето на само една кръвна торбичка с тези аналози остава астрономична.
От друга страна, преобразуването на кръвни групи е работа в продължение на десетилетия. Тази стратегия е особено привлекателна, тъй като и двете биха могли да създадат по-универсална кръв, като същевременно предотвратяват по-трудните дарения да се разхищават.
През 1982 г. група изследователи предприели първите обещаващи стъпки в изкуственото преобразуване на кръвните групи. Използвайки ензим, изолиран от непечени зелени кафени зърна, те измъкнаха В антигени от червените кръвни клетки, създавайки ефективно кръв от тип О, която може да бъде трансфузирана в човешки пациенти. Но ензимът за кафе имаше своите недостатъци. За един от тях това беше фино, изискваше много специфични условия за работа - което означаваше да се сложи кръвта през звънеца, преди да може да се използва. Дори когато експерименталната настройка беше точно такава, ензимът беше муден и неефективен и изследователите трябваше да използват гоблени от него, за да видят ефект.
Все пак откритието на ензима за кафе сигнализира на останалия свят, че е възможно преобразуване на кръвта и, което е по-важно, необходимите инструменти, които вероятно вече съществуват в природата.
В началото на 2000-те години започва да се забелязва огромно разнообразие от ензими в бактериалното царство и изследователите започват да се обръщат към микробите за нуждите си от нарязване на захар. През 2007 г. изследователите съобщават за откриването на два бактериални ензима, които в комбинация са способни да хакнат както А, така и В захари от кръвните клетки. Ензимът, който отрязва В антигени от кръв, е хиляди пъти по-ефективен от ензима кафе от 35 години преди. Но ензимът, насочен към антигена, дава малко по-отрезвяващи резултати, което изисква твърде висока доза ензим, за да бъде практична.
Няколко екипа изследователи оттогава се опитват да използват силата на микробите да „подслаждат” кръвта. Но преди няколко години, Питър Рахфелд и Стивън Уидърс, биохимици от Университета на Британска Колумбия, решават да се насочат към все още неизползван ресурс: микробията на червата - гнойна общност от работливи микроби, които живеят в човешкото черво.
Както се оказва, "микробите на червата са професионалисти в разграждането на захарите", според Катрин Нг, която изучава микробиома на червата в Станфордския университет, но не участва в тази работа. Протеините, съдържащи захар, обграждат стената на червата - и някои от тези сложни захари наподобяват същите А и В антигени, открити в кръвните клетки. Нещо повече, много микроби на червата събират тези захари, като ги изтръгват от чревната лигавица.
„Бях развълнуван, когато разбрах това - [това означаваше, че можем да] можем да използваме микроби за намиране на нови [инструменти], “ казва Рахфелд. „Всички те вече са в червата ни, само чакат да получат достъп. Има толкова голям потенциал. "
Досега по-голямата част от лова за нови машини за конвертиране на кръв включваше старателно тестване на известни бактериални ензими един по един. Много от членовете на чревната микробиота вече могат да се отглеждат в лабораторни условия - но не всички. За да уловят пълния потенциал на бактериалните ензими в червата, Рахфелд и Уидърс избраха техника, наречена метагеномика.
Чрез метагеномиката учените могат да обединят общност от микроби - като тези във фекална проба - и просто да изследват ДНК в масови условия . Дори ако бактериите не оцеляват добре извън човешкото тяло, тяхната ДНК е далеч по-трудна и все още може да даде на изследователите усещане за това, какви ензими е способен да избие всеки микроб. „[Метагеномика] начин да получите моментна снимка на цялата ДНК [в червата на човека] в един момент от време“, обяснява Рахфелд.
След изолиране на бактериални геноми от човешки фекалии, Рахфелд и неговите колеги разбиват ДНК на малки парченца и ги поставят в Е. коли, общ щам бактерии, който може лесно да се манипулира за експресиране на чужди гени, като тези, които кодират ензими. Изследователите тествали около 20 000 различни фрагмента генетичен материал срещу прости захарни прокси, имитиращи А и В антигени; кандидатите, преминали този първи кръг на скрининг, бяха изложени на по-сложни аналози, които по-добре приличат на човешка кръв.
В крайна сметка на екипа останаха 11 възможни ензима, които бяха активни срещу А антиген и един срещу В антиген - включително един изключително обещаващ ензим, който беше 30 пъти по-ефективен срещу Антиген, отколкото този, открит през 2007 г. Окуражаващо, новият ензим беше работник с ниска поддръжка, способен да работи при различни температури и концентрации на сол - което означава, че кръвните клетки могат да бъдат преобразувани без компрометиране на добавките.
Когато следващите изследователи изпробваха своя мощен нов ензим срещу истинска човешка кръв от тип А, резултатите бяха същите - и беше необходимо само минутно количество протеин, за да се избърше кръвта от обидните захари. Освен това изследователите бяха развълнувани, като откриха, че могат да комбинират новия си ензим, активен срещу кръв от тип А, с открити по-рано ензими, които откъсват В антигени. Консолидирайки десетилетия на работа, екипът вече разполага с инструментите за ефективно преобразуване на кръвта AB, A и B в универсално приета О.
„Изработи прекрасно“, казва Джей Киджаккедату, професор по химия в Центъра за изследвания на кръвта на Британската Колумбия, който си сътрудничи с Рахфелд и Уидърс в техните проучвания.
Сега изследователите тестват ензимите си в по-голям мащаб. В бъдеще Уидърс планира да използва генетични инструменти, за да се оправя с новия си открит ензим, за да увеличи допълнително силата си за подрязване. В крайна сметка екипът се надява подобна технология за превръщане на кръвта да бъде основата в болниците, където нуждата от кръв от О-тип винаги е остра.
Дори и при такива обещаващи резултати кръвопреобразуващите ензими, открити досега, вероятно са само върхът на айсберга, казва Зури Съливан, имунолог от Йейлския университет, който не участва в изследването. Като се има предвид огромното разнообразие, открито в микробиомите на червата на различни индивиди, скринингът на повече донори и други бактериални общности може да даде още по-вълнуващи резултати.
„Помещението тук е наистина мощно“, казва Съливан. „В [гените] има неизползван генетичен ресурс, кодиран от микробиома на червата.“
Разбира се, безопасността остава основна грижа за напред. Промяната на човешките клетки, дори и с естествени ензими, е трудна работа. Досега, отчитат Rahfeld и Withers, беше доста тривиално да се отмият ензимите след лечението - но изследователите ще трябва да са сигурни, че всички следи от техния ензим са отстранени, преди кръвта да може да се прелее в болен пациент.
Това отчасти е така, защото захарните антигени се появяват на безброй клетки в цялото тяло, обяснява Джемила Каплан Кестер, микробиолог от Масачузетския технологичен институт. Въпреки че ензимът в това проучване изглежда доста прецизен при насочването на антигени върху кръвните клетки, винаги има малък шанс да нанесе някаква вреда, ако малко количество се промъкне през пукнатините. Освен това имунната система на реципиента също може да реагира на тези бактериални ензими, интерпретирайки ги като сигнали за инфекциозна атака. Киджаккедату обаче смята, че такъв сценарий вероятно е малко вероятен, тъй като уж телата ни вече са изложени на тези ензими в червата.
„Дори при всички тези съображения има повече проблеми, които може би [не можем да предвидим] - ще ги видим, когато реално тестваме [кръвта в реално тяло]“, казва Кестер. "Човешкото тяло често намира начини да накара [нашите експерименти] да не работят."
Освен това науката за кръвната типизация надхвърля само А и В антигените. Друго често срещано несъответствие възниква, когато се разглежда Rh антиген. Наличието или отсъствието на Rh е това, което прави нечия кръвна група съответно „положителна“ или „отрицателна“ и само отрицателната кръв може да премине както в положителни, така и в отрицателни реципиенти.
Това означава, че въпреки силата на системата на Рахфелд и Уидърс, тя не може да генерира наистина универсална кръв всеки път. И тъй като Rh антигенът всъщност е протеин, а не захар, ще трябва да се изследва напълно различен набор от ензими, за да се създаде най-широко приетата универсална кръвна група: O отрицателна.
Все пак техниката на екипа има огромен потенциал - и не само за клиниката. Според Ng, по-доброто разбиране на тези бактериални ензими би могло да хвърли светлина и върху сложната връзка между хората и микробите, които живеят в нашите тела. Всъщност, учените все още не разбират напълно целта на наличието на тези антигени в кръвните клетки - още по-малко върху лигавицата на червата ни. Но бактериите са известни с тези знания от хилядолетия и се развиват, за да се възползват от тях, казва Нг, и научаването на повече за тези микроби може да отговори на въпроси, които хората все още не са мислили да задават.
Междувременно Уидърс е просто доволен да види напредък във всяка посока. „Винаги е изненадващо, когато нещата работят добре“, разсъждава той през смях. "Това ви дава надежда, че сте направили истински скок напред."
